UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
E. A. P. DE INGENIERÍA DE ELECTRONICA Laboratorio de Electromagnetismo
TEMA
:
INTEGRANTES :
PROFESOR
CAMPO ELECTRICO
(Experiencia Nº 3)
AUCCASI JULIAN EMERSON JÁUREGUI SOTELO JULIO QUINO FLORES LOURDES ZÚÑIGA ROJAS VICTOR R.
:
Ciudad Universitaria, Setiembre de 2000
U.N.M.S.M. Nº3
Experiencia
CAMPO ELECTRICO Experiencia Nº 3
OBJETIVOS:
Determinar las líneas equipotenciales en la vecindad de varias configuraciones de medios diversos. Calcular la diferencia de potencial entre dos puntos distantes. Cálculo de la intensidad media del campo eléctrico. Estudiar las características principales que gobiernan al campo eléctrico. Materiales: 1.
Cubeta de vidrio.
2.
Fuente de voltaje de corriente continua.
3.
Un juego de electrodos de cobre.
4.
Electrodo móvil explorador.
5.
Agua.
6.
Papel blanco, (trazado un plano cartesiano enumerado respectivamente)
7.
Alambres conectores.
8.
Voltímetro
PROCEDIMIENTO 1-Arma el circuito del esquema. El voltímetro mide la diferencia del potencial entre un punto del electrodo y el punto que se encuentra en la punta de prueba. 2-Ubique en forma definitiva los electrodos sobre el fondo de la cubeta de vidrio antes de echar el agua 3-Con el voltímetro medir la diferencia de potenciales entre un punto del electrodo y el punto extremo inferior del electrodo de prueba 4-En cada una de las dos hojas de papel milimetrado trace un sistema de coordenadas XY, ubicando el origen en la parte central de la hoja, dibuje el contorno de cada electrodo en las posiciones en la que se quedaran definitivamente en la cubeta. 5-Situe una de las hojas de papel milimetrado debajo de la cubeta de vidrio. Esta servirá para hacer las lecturas de los puntos de igual potencial que ira anotando en el otro papel. 6-Eche la solución electrolítica en el recipiente de vidrio.
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7-Sin hacer contacto con los electrodos mida la diferencia potencial entre ellos acercando el electrodo de prueba a cada uno de los otros dos casi por contacto y tomando nota de las lecturas del voltímetro.
CUESTIONARIO:
1.-
Determine la magnitud del campo eléctrico entre las líneas
equipotenciales. ¿Es el campo eléctrico uniforme? ¿Por qué? Para absolver esta pregunta utilizaremos la ecuación:
E = V B - VA d donde: E
: intensidad del campo eléctrico.
VA - VB :diferencia potencial entre los punto A y B respectivamente. d
: distancia promedio entre las dos líneas equipotenciales.
Las medidas fueron tomadas en la escala de 30v. 1.-
Va = 5,5v
Vb = 4v
Eab = 5.5 - 4
d=0,024m
= 6.25
0,024 2.-
Vb = 5v
Vc = 4v
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d=0,025m
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Ebc = 5 - 4 =
4
0,025 su 3.-
Vc = 4v
Vd = 3v
d=0,038m
Ecd = 4 - 3 = 2.63 0,038
4.-
Vd = 3v
Ve = 2v
d=0,026m
Ede = 3 - 2 = 3.85 0,026
5.-
Ve = 2v
Vf = 1v
d=0,021m
Eef = 2 - 1=4.76 0,021
Línea Equipotencial
Voltaje en la Línea (v)
Distancia medida entre Líneas (m)
Campo Eléctrico en V/m.
A
5.5
0,024
6.25
B
5
0,025
4
C
4
0,038
2.63
D
3
0,026
3.85
E
2
0,021
4.76
Estos cálculos han sido realizados midiendo d sobre el eje X de la gráfica de líneas equipotenciales.
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*El campo eléctrico no es uniforme debido a que la distancia que separa a las cargas que originan este campo es muy grande (infinitamente). En este caso, no es así, los electrodos están muy cerca y al decir uniforme se refiere a que las líneas de fuerza están uniformemente espaciadas , lo que significa que E tiene la misma magnitud para todos sus puntos lo cual no sucede ya que vemos que E analizado en distintos puntos no es el mismo. Cada electrodo origina un campo diferente entre sus puntos.
2.-
En su gráfica, dibuje Ud. algunas líneas equipotenciales para el
sistema de Electrodos que utilizó El desarrollo de este problema esta en la hoja milimetrada
3.-
¿Por qué nunca se cruzan las líneas de fuerza?
En cualquier punto, el campo resultante en un punto del campo, sólo puede tener una sola dirección, por tanto, por cada punto del campo pasa sólo una línea de fuerza, es decir, que estas líneas de fuerza no se cruzan. Tampoco es posible que dos líneas equipotenciales diferentes se crucen ya que éstas siempre son perpendiculares a las líneas de fuerza, en consecuencia, son paralelas entre sí.
4.-
Si Ud. Imaginariamente coloca una carga de prueba en la corriente
electrolítica ¿cuál será su camino de recorrido . Se mueven a lo largo de las líneas equipotenciales. Esto significa que para cada punto que conforma la línea (una diferente de otra) existe una única diferencia de potencial, la cual es siempre perpendicular a las líneas de fuerza correspondiente. Estas líneas se trazan de manera que en cada punto del vector E sea tangente a ella. Tales líneas serán curvas continuas excepto en las singularidades tales como cargas puntiformes, o puntos en donde el campo es nulo. Las líneas de fuerza se dibujan saliendo de las cargas positivas y entrando a las negativas. En cierto modo una líneas de fuerza es a trayectoria que seguiría una carga puntual positiva dejada en libertad dentro del campo.
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¿Por qué las líneas de fuerza deben formar un ángulo recto con las
líneas equipotenciales cuando las cruzan? Fundamente Ud. su respuesta. . Toda línea de fuerza de un campo electrostático es continua y termina sobre una carga positiva en un extremo y sobre una carga negativa en el otro. Como la energía potencial de un cuerpo cargado es la misma en todos los puntos de la superficie equipotencial dada, se deduce que no es necesario realizar trabajo (eléctrico) para mover un cuerpo cargado sobre tal superficie. De ahí que la superficie equipotencial que pasa por un punto cualquiera ha de ser perpendicular a la dirección del campo en dicho punto. Si no fuera así, el campo tendría una componente sobre la superficie y habría que realizar trabajo adicional contra las fuerzas eléctricas para desplazar una carga en dirección de esta componente. Las líneas de campo y de la superficie equipotencial son, en consecuencia, perpendiculares entre sí.
6.-
El trabajo realizado para transportar la unidad de carga de un
electrodo al otro es: Cuando el traslado de una carga "q" se hace con velocidad constante, entonces la fuerza que aplica el agente externo es igual pero opuesta a la fuerza que el campo ejerce sobre la misma carga. De este modo podemos asegurar que el trabajo realizado por ambos son siempre iguales, pero de signos contrarios. 7.-
Siendo E =
VB - VA ; el error absoluto en E será: d
* Para hallar la media se aplica : X = 1/n
Xi
X = 3.0814 Para hallar la desviación estándar T=
(5 - 3.0814) 2 + (3.14 - 3.0814)2 + 2*(2 - 3.0814) 2 + (2.28 - 3.0814) 2 + 1/2
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(4.17 - 3.0814) 2 + (2.98 - 3.0814) 2
T = ( 3.6864 + 0.0036 + 2.3328 + 0.64 + 1.1881 + 0.01) /7)
1/2
= 0.413711
Para el error aleatorio usaremos la siguiente fórmula: Ea =
3T / (n-1)1/2
Ea = 3(0.413711) / (7-1)1/2 Ea = 1.241134 / 2.449489743 Ea = 0.506691 El error absoluto será la suma del error sistemático y el error relativo Ea = 0.506691 + 0.25 = 0.7566v.
8.-
El error relativo de la medida de E será:
ER =
2.66 = 0.89 2.98
9.- ¿Qué semejanza y diferencia existen entre un campo eléctrico y un campo gravitatorio? Se observa que el esquema matemático de la ley de Coulomb para cargas puntuales, es similar al planteamiento matemático de la fuerza para la Ley de Newton para masas puntuales. De esto se podría deducir que los problemas gravitatorios y eléctricos obedecen al mismo principio. Sin embargo, mientras los efectos gravitatorios parecen propagarse a través del espacio con una velocidad infinita, no ocurre lo mismo para los efectos eléctricos. El campo gravitatorio caracteriza el cambio de las propiedades físicas y geométricas del Informe Laboratorio de Física III
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espacio en el entorno de un cuerpo macizo. La interacción eléctrica es ejecutada según el esquema carga –masa-carga ,Cada carga crea alrededor suyo un campo eléctrico que actúa sobre las demás partículas cargadas. Se asemejan en que ambas están influenciadas bajo lo que se denomina campo vectorial, ya que estas fuerzas son magnitudes vectoriales. Se diferencian en que la atracción gravitacional no posee esta atracción de tipo eléctrica, es decir, los cuerpos se atraen por una interacción de masas y volúmenes que están bajo un sistema distinto, que es el de la gravedad, mientras que el campo eléctrico está gobernado por la carga eléctrica de la que están impregnadas los cuerpos. Al comparar un campo eléctrico con un campo gravitatorio lo más resaltante es el que para un campo eléctrico se necesitan cargas generalmente pequeñas y son estas las causantes de que exista campo eléctrico; mientras que para originar campo gravitatorio se necesita de cuerpos muy grandes, tal es el caso de los planetas, los cuales por el tamaño que tienen pueden generar un campo gravitatorio. Por lo tanto, la diferencia principal es el volumen de cada uno de los cuerpos que se usan para dar origen a los diferentes campos.
Conclusiones: Las líneas del campo su dirección y sentido en cualquier punto es la misma que la dirección y sentido de la intensidad del campo en una región La dirección de la línea de campo en cualquier punto es la misma que la dirección en la cual se movería una carga positiva si fuera colocada en ese punto La intensidad del campo es una propiedad que se asocia al espacio que rodea al cuerpo cargado independientemente si se coloca o no una carga en el campo. La carga se deposita sobre su superficie externa y que el campo eléctrico es siempre perpendicular al conductor en el punto referido
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